Cu/Ag原子团簇析出机制的低温正电子湮没谱学研究

There are a significant effect on the microstructure and property when added the Ag trace elements in aluminum alloy. The Cu additional element could improve the strength of steels. It very important to understand and research the evolution of the trace element in alloys, which is beneficial to the optimization of materials and the improvement of performances. This project will use the Al-Ag and Fe-Cu alloys as the main research materials, and study the enhanced sensitivity of shallow positron traps in Ag/Cu clusters at low temperature. The precipitation mechanism and size of Ag/Cu clusters, the interaction between Ag/Cu clusters and micro-defects and the effect of the nano-precipitates on the performances were investigated by the positron annihilation spectroscopy and theoretical calculation.

铝合金中添加微量Ag元素，会对合金的微观结构和性能产生显著影响；含Cu不锈钢中微量的Cu元素存在提高了钢的强度。深入的研究金属材料中微量元素的演化和作用机理，有利于材料的优化和性能的提高。本项目拟选用Al-Ag合金和Fe-Cu合金作为研究对象，采用正电子湮没谱学技术，利用溶质原子团簇低温下对正电子的捕获能力增强效益，深入研究合金中对Cu/Ag溶质原子团簇析出机制、微观缺陷对Cu/Ag原子团簇形成的影响机制、纳米析出物对材料性能的影响等。结合正电子湮没理论计算，探讨正电子湮没谱学评估Cu/Ag原子团簇大小的实验方法。

本项目采用多种正电子湮没技术，系统的研究了正电子在FeCu/AlAg合金中低温正电子湮没捕获机制，分析了FeCu/AlAg合金中溶质原子析出机制，并结合正电子湮没理论计算讨论了FeCu/AlAg合金中正电子低温浅捕获效应。主要研究内容和结论如下：.（1）研究了FeCu合金中不同缺陷对溶质原子偏析行为的影响。FeCu合金淬火后形成了CuV复合体以及Cu原子团簇等，形变后不存在空位型缺陷，出现大量位错，并且位错的存在阻碍了Cu原子聚集形成Cu团簇。.（2）研究了AlAg合金中缺陷与溶质原子的相互作用。AlAg合金中通过液氮淬火过程中形成的空位浓度最高并且在淬火过程中空位帮助Ag原子迁移，空位浓度越高，Ag原子迁移聚集的越快。AlAg合金质子辐照后，在低Ag含量的合金中主要产生空位型缺陷，在高Ag含量的合金中产生了空位型缺陷和AgV复合体。Ag原子团簇的存在均能够抑制质子和氦离子辐照缺陷的产生。.（3）研究了AlAg/FeCu合金中溶质原子的正电子低温浅捕获效应。低温时，正电子主要溶质原子团簇中湮没，随温度升高，正电子主要在空位中湮没，这是由于低温下被Ag原子捕获的正电子随温度升高逐渐逃脱捕获回到自由态或者被其它深缺陷捕获。当合金中存在两种浅捕获缺陷时，正电子将优先表现出对正电子亲和能大的浅捕获缺陷将表现出低温捕获增强效应，而对正电子亲和能小的缺陷对正电子的捕获能力没有低温增强现象。.（4）研究了AlAg合金时效过程中原子团簇和析出物形成机理。AlAg合金维氏硬度值与溶质Ag原子浓度有关，浓度越高，维氏硬度值越大。人工时效8小时后，维氏硬度下降，可能是由于Ag原子团簇的长大使得其和基体铝原子晶格失配造成的。